在 2D 网格上找到一个节点 8 个邻居

Question

我需要找到二维数组中任何节点的基数和对角线邻居。采取下面的数组。我正在从数组中的 [1, 1] 中的 1 开始搜索。它应该 return 周围的 0。我可以找到邻居，如下面的一些代码所示，但它们太慢了。

[[0, 0, 0]
 [0, 1, 0]
 [0, 0, 0]]

我可以像这样暴力破解return所有8个周围节点的坐标。

def ReturnNeighbors(x, y):
    numpy.array([(x-1, y), (x, y-1), (x+1, y), (x, y+1),
               (x-1, y-1), (x+1, y+1), (x-1, y+1), (x+1, y-1)])

def ReturnNeighbors_4(x, y):
    for i in xrange(x - 1, x + 2):
        for j in xrange(y - 1, y + 2):
            if (i, j) != (x, y):
                yield (i, j)

或者通过计算到所有节点的距离并 returning 那些距离小于 2 的节点，但是这些和我发现的其他解决方案都很慢。我学习 numpy 的全部原因是为了速度。我想我需要使用 scipy convolve2d 或 cKDtree，但它们对我来说太复杂了。

我在切换到 numpy 之前处理这个问题的方式是我的数组充满了实际的节点对象作为值。每个对象将其 x 和 y 坐标存储在网格及其一组邻居中。像这样。我不能再使用这种方法，因为填充一个充满节点的巨大数组需要很长时间。即使在 100x100 的小地图中也有 10000 个节点对象！我计划以后不仅要有更大的地图，还要有多个地图在任何给定时间都处于活动状态。由于节点印记，我实际上运行内存不足，试图创建更大的地图。它适用于小地牢，但不适用于模拟多个地图的世界。

ExampleNode(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
        self.neighbors = set()

        # The neighbors are found and added to the above set later.

node = Example(0, 0)

for neighbor in node.neighbors:
    do thing with each neighbor

出于各种原因，我需要一个节点邻居。使用元胞自动机平滑地图、在战斗中在附近溅血、使用广度优先搜索进行寻路等等。这是我正在创建的流氓类游戏。蛮力方法适用于小型 60x60 地牢，但现在我正在扩大范围并生成世界地图。它只有 200x200，而且速度慢得令人恼火。

Answer 1

让我们假设输入数组名为 A，它包含所有整数，我们只处理其中 1s 的元素，并尝试获取它们的邻居。这是一种方法 -

# Get offsets for row and column
R_offset,C_offset = np.meshgrid(np.arange(-1,2),np.arange(-1,2))

# Get row and column indices for places where elements are 1s
R_match,C_match = np.nonzero(A==1)

# Store number of matches as it would be frequently used
N = R_match.size

# Get offsetted row, col indices for all matches
R_idx = (R_match[:,None,None] + R_offset).reshape(N,-1)
C_idx = (C_match[:,None,None] + C_offset).reshape(N,-1)

# Based on boundary conditions set invalid ones to zeros
valid_mask = (R_idx>=0) & (C_idx>=0) & (R_idx<A.shape[0]) & (C_idx<A.shape[1])
valid_mask[:,4] = 0 # Set the pivot(self/center) ones to invalid

# Using valid mask, "cut off" elements from each group of 9 elems
cut_idx = valid_mask.sum(1).cumsum()

# Finally form groups
grps_R = np.split(R_idx[valid_mask],cut_idx)[:-1]
grps_C = np.split(C_idx[valid_mask],cut_idx)[:-1]

示例运行以及关于如何解释和使用输出的解释 -

In [256]: A
Out[256]: 
array([[1, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 0],
       [0, 0, 1, 0, 0],
       [0, 0, 0, 0, 1]])

In [257]: grps_R
Out[257]: [array([1, 0, 1]), array([1, 2, 3, 1, 3, 1, 2, 3]), array([2, 3, 2])]

In [258]: grps_C
Out[258]: [array([0, 1, 1]), array([1, 1, 1, 2, 2, 3, 3, 3]), array([3, 3, 4])]

因此，我们根据 A 中的三个 1s 得到三个组。

第一个在左上角-

In [259]: np.column_stack((R_match[0],C_match[0]))  # First point
Out[259]: array([[0, 0]])

In [260]: np.column_stack((grps_R[0],grps_C[0]))    # Its three neighbors
Out[260]: 
array([[1, 0],
       [0, 1],
       [1, 1]])

第二个在(2,2) -

In [263]: np.column_stack((R_match[1],C_match[1]))  # Second point 
Out[263]: array([[2, 2]])

In [264]: np.column_stack((grps_R[1],grps_C[1]))    # Its eight neighbors
Out[264]: 
array([[1, 1],
       [2, 1],
       [3, 1],
       [1, 2],
       [3, 2],
       [1, 3],
       [2, 3],
       [3, 3]])

第三个终于在(4,5) -

In [265]: np.column_stack((R_match[2],C_match[2]))  # Third point 
Out[265]: array([[3, 4]])

In [266]: np.column_stack((grps_R[2],grps_C[2]))    # Its three neighbors
Out[266]: 
array([[2, 3],
       [3, 3],
       [2, 4]])

在 2D 网格上找到一个节点 8 个邻居

Find a nodes 8 neighbors on a 2D grid

python

arrays

2d

numpy

nearest-neighbor